導(dǎo)語(yǔ)：膠帶運(yùn)輸機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)礦井膠帶運(yùn)輸機(jī)保護(hù)系統(tǒng)存在的控制方式落后、故障率高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于STM32ARM控制器的膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了智能綜合保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路和軟硬件設(shè)計(jì)方案，以STM32F4071GT6ARM微控制器為核心，高效、快速處理安裝在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)身的傳感器數(shù)據(jù)并在井下上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的智能和聯(lián)動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用情況表明，該綜合智能保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，能夠保障膠帶運(yùn)輸機(jī)安全、連續(xù)、高效運(yùn)行，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞：綜合保護(hù)；智能保護(hù)；STM32；傳感器技術(shù)；膠帶運(yùn)輸機(jī)

膠帶運(yùn)輸機(jī)是礦井煤料運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，在煤炭生產(chǎn)實(shí)踐中具有舉足輕重的作用。隨著煤礦智能化、信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸功率、運(yùn)輸長(zhǎng)度、運(yùn)行時(shí)間不斷增加，極易發(fā)生運(yùn)輸膠帶撕裂、打滑、跑偏等故障[1]。受膠帶運(yùn)輸機(jī)工作環(huán)境惡劣且復(fù)雜的影響，故障發(fā)生率居高不下，嚴(yán)重影響了礦井高效、高質(zhì)量生產(chǎn)。因此，研究膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)，降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高設(shè)備運(yùn)行效率具有重要意義。張振霞[2]重點(diǎn)研究了運(yùn)輸機(jī)膠帶撕裂保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)ZL-A型縱向撕裂保護(hù)異形體卡滯裝置，該裝置能夠有效防止膠帶撕裂。東郭朝[3]重點(diǎn)設(shè)計(jì)了運(yùn)輸機(jī)斷帶保護(hù)裝置，包括斷帶抓捕器以及斷帶檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸機(jī)膠帶斷帶故障檢測(cè)。李愛(ài)軍[4]設(shè)計(jì)了針對(duì)運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)、運(yùn)行時(shí)參數(shù)監(jiān)測(cè)以及綜合保護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸機(jī)各運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電流、電壓、扭矩以及故障信息，預(yù)防堆煤、撕裂、跑偏等故障發(fā)生。本文以智能型控制器為核心，設(shè)計(jì)基于傳感器監(jiān)測(cè)與保護(hù)技術(shù)的膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)，提高運(yùn)輸機(jī)智能化水平，保障運(yùn)行安全、高效。

1總體設(shè)計(jì)

膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為，對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的過(guò)熱、堆煤、跑偏、打滑等故障進(jìn)行預(yù)警和保護(hù)，降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和智能化水平。膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1所示，由傳感器監(jiān)測(cè)與保護(hù)單元、傳輸單元、監(jiān)控單元三部分組成。傳感器監(jiān)測(cè)與保護(hù)單元為在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)身安裝的溫度、速度、煙霧、拉力、振動(dòng)、堆煤、跑偏、撕裂傳感器以及本安攝像儀、急停開(kāi)關(guān)等，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)CAN總線傳輸至核心控制器，本安攝像儀采集到的圖像、視頻信息經(jīng)光纖直接傳送至井下交換機(jī)[5-6]。傳輸單元用于接收、轉(zhuǎn)發(fā)傳感器監(jiān)測(cè)與保護(hù)單元數(shù)據(jù)，連接井下、井下數(shù)據(jù)傳輸通道，同時(shí)在井下膠帶運(yùn)輸機(jī)上位機(jī)顯示智能保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，最終以TCP/IP通信模式傳送至地面交換機(jī)。傳輸單元由多個(gè)井下交換機(jī)、井下現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)、其他接入系統(tǒng)以及核心控制器組成，形成互聯(lián)互通局域網(wǎng)。監(jiān)控單元即地面監(jiān)控中心，由監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控服務(wù)器、防火墻、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控顯示屏等設(shè)備組成，達(dá)到在井上即可實(shí)時(shí)查看膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)系統(tǒng)信息的目的。

2硬件設(shè)計(jì)

膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)硬件主要包括核心控制器以及用于保護(hù)的各種傳感器。核心控制器選用STM32F4071GT6ARM微控制器，該控制器核心CPU為ARMCortexM4，數(shù)據(jù)總線寬度為32bit，支持24路分辨率為12bitADC通道，最大時(shí)鐘頻率為168MHz，支持140I/O口，程序存儲(chǔ)器為1MB，數(shù)據(jù)RAM為192KB，支持CAN、I2C、SDIO等多種通信接口[7-8]，滿足膠帶運(yùn)輸機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)控制要求。膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)傳感器監(jiān)測(cè)與保護(hù)單元中的傳感器安裝位置、作用、閾值以及注意事項(xiàng)見(jiàn)表1所示。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1保護(hù)系統(tǒng)控制器程序設(shè)計(jì)

膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)控制器程序基于keil-MDK開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)，使用STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程實(shí)現(xiàn)。按照總體設(shè)計(jì)框圖，膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)軟件按照功能可劃分為初始化模塊、通信（CAN、TCP/IP）模塊、AD/DA處理模塊、保護(hù)模塊、邏輯控制模塊、故障處理模塊以及顯示處理模塊等。核心控制器通過(guò)CAN接口周期性的采集傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與保護(hù)單元數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳送至保護(hù)模塊。保護(hù)模塊處理流程見(jiàn)圖2所示，分別甄別是否存在膠帶跑偏、膠帶打滑、膠帶撕裂、膠帶堆煤、溫度超限以及急停故障，保障膠帶運(yùn)輸機(jī)安全、連續(xù)運(yùn)行。如果觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，則保護(hù)模塊將發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至故障處理模塊，進(jìn)行故障提示和報(bào)警。如果未觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，則持續(xù)監(jiān)測(cè)各保護(hù)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本安攝像儀圖像、視頻數(shù)據(jù)直接通過(guò)光纖傳送至井下交換機(jī)，不經(jīng)過(guò)核心控制器。

3.2保護(hù)系統(tǒng)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)上位機(jī)程序基于北京亞控的KingFusion3.6智控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線監(jiān)控和生產(chǎn)管理完美結(jié)合，構(gòu)建內(nèi)部縱向、橫向各系統(tǒng)層級(jí)間數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸機(jī)智能控制。KingFusion3.6智控一體化平臺(tái)基于B/S輕量化組態(tài)開(kāi)發(fā)，具有全組態(tài)、自維護(hù)、跨平臺(tái)的特點(diǎn)。膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)上位機(jī)界面設(shè)計(jì)框圖如圖3所示，由系統(tǒng)菜單、主界面、數(shù)據(jù)顯示界面、故障診斷界面、報(bào)警界面組成。核心控制器將膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)打包并以TCP/IP通信接口發(fā)送至井下上位機(jī)。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行解包并將數(shù)據(jù)變量與本地變量關(guān)聯(lián)，在KingFusion3.6平臺(tái)利用本地變量進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示控制、動(dòng)畫(huà)控制以及存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)用戶信息維護(hù)、系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)、報(bào)警條件設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)查詢、故障診斷/報(bào)警等功能。

4應(yīng)用分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)的正確性和適用性，在某礦井進(jìn)行為期6個(gè)月的工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為2021年4月至2021年10月。從井下上位機(jī)監(jiān)控界面可動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的溫度、速度、煙霧、拉力、振動(dòng)、堆煤、跑偏、撕裂傳感器數(shù)據(jù)。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值后，報(bào)警信息會(huì)在實(shí)時(shí)報(bào)警列表中顯示，并進(jìn)行間隔10s的聲光語(yǔ)音提示。膠帶運(yùn)輸機(jī)操作人員、維護(hù)人員可通過(guò)井下上位機(jī)監(jiān)控界面及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)，極大縮短了解決故障的時(shí)間，提升了設(shè)備的運(yùn)行效率。

5結(jié)語(yǔ)

以礦井膠帶運(yùn)輸機(jī)為研究對(duì)象，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于STM32ARM控制器的膠帶運(yùn)輸機(jī)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析安裝在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)身的傳感器數(shù)據(jù)，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用情況表明，該綜合智能保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能夠提升膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行效率，降低故障發(fā)生率，縮短解決故障時(shí)間。

作者：王斌 單位：陽(yáng)泉新瑞昌機(jī)械有限公司